基于GPS的长输天然气管线巡护系统应用研究

基于GPS的长输天然气管线巡护系统应用研究

Summary：长距离管道运输作为天然气等能源的主要运输方式,对保障我国经济建设和能源安全有着重要意义。将GPS技术应用于长距离地下输气管道项目的巡护中,不仅实现了可视化、立体化、实时一线指挥的管道安全管理体系，而且极大的提高了长输天然气管线巡护的效率，尤其在出现管线泄露等突发情况时具有独特的优势。Keys：GPS系统；长输天然气管线；管线巡护0前言长输天然气管道所经区域往往外部环境恶劣，存在着常规管线巡护困难、效率低等问题，而管线如出现泄露等突发问题，如何帮助所有有关人员快速准确到达现场，其难度可想而知。为做到管线及时巡护，减少管道运行安全风险，加强数字化信息系统的应用无疑是一种提高管线巡护效率的重要手段。现阶段，长输天然气管线采用的管线泄露定位系统现阶段版本虽然系统定位精度、报警准确量率、误报率等都有较大的提高，但对于管线地理信息、地图等方面存在较大缺陷，不能够详细表述出管线的具体信息及报警位置，亟待改进。因此，在严峻的管道运营安全形势下，有一套准确、快速，能提供全方位技术支持的高精度管道泄漏监测定位系统，就显得尤为重要了。同时，针对现有管线系统结构，增加移动工作站，使相关工作人员可以使用笔记本电脑通过无线通信技术实时了解管线系统状态。1GPS巡护系统设计1.1GPS巡护系统结构高精度管道泄漏监测定位技术是一个多单位、多学科结合的集成技术，其系统集成了负压波、输差管道泄漏定位技术、GIS(地理信息管理系统)和GPS(全球卫星定位系统)。是基于GIS技术的综合管理平台，该综合技术开创了管道泄漏监测领域新的应用理念，采用完整的数字化管理平台，大大提高了长距离输油气管线监测技术的应用实效。GPS巡护系统主要由以下几部分构成。（1）以地理信息管理技术为核心的系统平台系统以地理信息管理系统(GIS)为基础，建立可视化的生产信息管理平台，实现生产数据的集中管理和共享。本系统适台于管道管理专业公司对生产运营管理和安全管理要求。（2）以负压波法为核心的管道泄漏监测模块以负压波法为核心的管道运行安全管理监测系统，担负着管道异常泄漏的监测，管道运行安全实时监测。此系统实时监测管道运行状况，针对管线运行特别是泄露情况进行全天候的监测，此技术具有很高的监测灵敏度和定位精度。（3）以GPS卫星定位为核心的定位导航系统以GPS卫星定位系统为核心的定位导航系统，可以精确的引导管理人员快速进入事发现场，全天候的技术支持可以保证野外巡护抢修活动的精确和快速反应，可以最大限度的提高现场指挥和施工管理的质量和安全系数。1.2GPS巡护系统应用结构系统依靠先进的GPS定位，嵌入式软件、计算机网络等技术，同时建立一套科学台理的巡检管理平台。系统可以利用企业自身现有的计算机网络和数据库平台(也可以采用单机运行模式)，用系统提供的先进的掌上电脑和小巧的GPS接收器队及GPS移动巡检软件系统即可有效运行并实现管线状况巡检。整个系统由三部分组成：GIS手持器部分、通讯部分和后台管理系统部分。1.3GPS巡护系统设计1.3.1软件地理信息接口（1）采用专业GIS采集器对管线走向、位置进行详细标注，包括周围建筑、道路等。对于采集到的数据通过MAPINFO专业地理信息软什进行处理，生成一个高精确度的管线地图。（2）在现有软件上开发GIS模块，模块包括地理信息识别模块、地理信息通信模块、报警连接处理模块三部分。（3）地理信息识别模块主要完成地理信息的导入导出、放大、测距、鹰眼查询等功能。地理信息通信模块主要完成与GIS信息采集设备和GIS手持设备之间进行地理信包数据通信、传输。可以用蓝牙或USB接口近距离进行计算机进行通信，也可以通过GPRS／CDMA或3G无线网络进行数据传精通信。（4）报警连接处理模块主要将报警相关信息转换到地里信息地图中，将相关的地理信息(包括报警地点、报警周围相关的环境信息，如村庄、道路等)发送到GIS手持设备。1.3.2专业GIS手持器开发设计（1）GIS手持器组成GIS手持器既可胜安装在车辆上也可以直接拿在手中，在防震、防潮、耐高温等方面都有较高的要求，并且GIS手持器对电源变化要有较强的适应性。本系统中所设计的GIS手持器由中心微处理器通信模块、GPS模块、数据存储模块等组成，并且提供对外GPS及数据的接口。（2）TCP／IP协议在利用GPRS通信时，采用TCP／IP协议，所以GIS手持器必须内置TCP／IP协议栈。通常由两种解决方法：一种是采用TCP／IF协议栈专用芯片，一种是在微处理器的系统程序中增加TCP／IP协议转换部分。本系统GIS手持器是将TCP／IP协议集成到微处理器中，利用软件完成协议转换。1.3.3GIS手持器与中心服务器的通信GIS手持器和中心服务器建立面相连接的专用Socket连接，将位置和萁他信息封装在数据包中，通过Socket连接发送到对方。收发双方遵循统一的数据包结构进行封装和解析。在通信过程中，GIS手持器和中心服务器遵循图1所示的通信协议。

图1移动单元与中心服务器的通信协议流程2应用效果（1）地理信息管理系统是个被逐步正视广泛应用的计算机信息管理系统，在计算机管理平台上反映管网、交通、地面建设等等与地理位置有关的地理信息，方便管理人员的对野外巡护等生产管理动态进行实时跟踪和决策，从而有效提高生产管理效率。（2）采用WINDOWS平台做操作系统，全部功能模块在地图平台上运行，可对生产数据库进行直接的数据查询，提供方便的功能模块挂接方案。该系统以独特的电子地图界面做为数据可视化管理的基本操作界面，形象的为生产管理人员提供数据服务，为计算机信息管理技术的推广应用提供有力的技术支持。（3）地图平台是整个系统的第一界面，它能给人以熟悉的工作环境和直接的感官认识。通过它可以宏观了解工作区的地理分布，通过图上边的工具可以对地图进行任意的放缩和移动，可以选择图层进行有选择的显示，并可将选定的地图按BMP等文件格式输出，供其他软件或报表使用。（4）系统完善后可以通过通讯系统连接其他用户进行联机运作，交换地图和交换相互的坐标信息。通过网络连接可以实时显示各种生产数据，可以实现指挥中心对现场人员的实时跟踪。（5）构成完整的管道安全管理系统的基础，直观的人机界面方便了管理人员的操作和对泄漏发生地信息的即时了解，精确快速的报警系统，确保泄漏在最短时间被发现，GPS导航系统保证了所有有关部门和单位都能在最短时间到达事发现场。（6）系统的优良特性可以很好的解决现有的泄漏监测系统在反应时间上定位精度上和协同配合上出现的诸多问题。3结束语通过GPS系统在长输天然气管线巡护中的应用效果分析表明，系统还